Kredi: CC0 Kamu Malı
Perovskite güneş pilleri, son yıllarda güç dönüşüm verimliliğindeki hızlı artışlarla (2006’da %3’ten bugün %25.5’e) ilerleme kaydetti ve bu da onları silikon bazlı fotovoltaik hücrelerle daha rekabetçi hale getirdi. Bununla birlikte, rekabetçi bir ticari teknoloji haline gelmeden önce bir takım zorluklar var.
Şimdi NYU Tandon Mühendislik Okulu’ndaki bir ekip, fotovoltaik hücreler içinde organik delik taşıma malzemelerinin p-tipi katkısını içeren kritik bir adımda bir darboğaz olan bunlardan birini çözmek için bir süreç geliştirdi. Nature’da “Perovskite güneş pilleri için organik ara katmanların CO2 dopingi” araştırması yer alıyor.
Şu anda, oksijenin delik taşıma katmanına girmesi ve difüzyonu ile elde edilen p-doping işlemi, zaman yoğundur (günde birkaç saate kadar), bu da perovskite güneş pillerinin ticari seri üretimini pratik hale getirir.
Doçent olan André D. Taylor ve doktora sonrası bir yardımcı olan Jaemin Kong tarafından yönetilen Tandon ekibi, yardımcı doçent olan Miguel Modestino ile birlikte -hepsi Kimya ve Biyomoleküler Mühendisliği Bölümü’nde- büyük ölçüde artırmanın bir yöntemini keşfettiler. oksijen yerine karbondioksitin (CO2) kullanılmasıyla bu önemli adımın hızı.
Perovskit güneş pillerinde, normal olarak, fotoaktif perovskit tabakası ve elektrotlar arasında yer alan yük çıkarma ara katmanları olarak katkılı organik yarı iletkenler gereklidir. Bu ara katmanları doping etmenin geleneksel yolu, bir lityum tuzu olan lityum bis(triflorometan)sülfonimidin (LiTFSI), perovskite güneş pillerinde delik taşıma malzemesi için yaygın olarak kullanılan π-konjuge bir organik yarı iletken olan spiro-OMeTAD’a eklenmesini içerir. Daha sonra spiro-OMeTAD:LiTFSI karışım filmlerinin havaya ve ışığa maruz bırakılmasıyla doping işlemi başlatılır.
Bu yöntem yalnızca zaman alıcı olmakla kalmaz, aynı zamanda büyük ölçüde ortam koşullarına da bağlıdır. Buna karşılık, Taylor ve ekibi, ultraviyole ışık altında CO2 ile bir spiro-OMeTAD:LiTFSI çözeltisinin kabarcıklanmasını içeren hızlı ve tekrarlanabilir bir doping yöntemi bildirdi. İşlemlerinin, bir oksijen köpürme işleminden elde edilenden yaklaşık 10 kat daha yüksek olan, bozulmamış bir harman filmine kıyasla ara katmanın elektrik iletkenliğini hızla 100 kat arttırdığını bulmuşlardır. CO2 ile muamele edilmiş film ayrıca herhangi bir son işlem olmaksızın stabil, yüksek verimli perovskit güneş pilleri ile sonuçlanmıştır.
Baş yazar Kong, “Cihaz imalat ve işleme süresini kısaltmanın yanı sıra, önceden katkılı spiro-OMeTAD’ın perovskite güneş pillerinde uygulanması hücreleri çok daha kararlı hale getiriyor” dedi. “Bunun nedeni kısmen spiro-OMeTAD:LiTFSI çözeltisindeki zararlı lityum iyonlarının çoğunun CO2 köpürme işlemi sırasında lityum karbonatlar olarak stabilize edilmesidir.”
Araştırmacılar, önceden katkılı çözeltiyi perovskit tabakasına döndürdüklerinde lityum karbonatların filtrelendiğini ekledi. “Böylece, verimli delik taşıma katmanları için oldukça saf katkılı organik malzemeler elde edebiliriz.”
Samsung, Yale Üniversitesi, Kore Kimyasal Teknoloji Araştırma Enstitüsü, Şehir Üniversitesi Lisansüstü Merkezi, Wonkwang Üniversitesi ve Gwangju Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden araştırmacıları içeren ekip, ayrıca CO2 doping yönteminin p için kullanılabileceğini buldu. PTAA, MEH-PPV, P3HT ve PBDB-T gibi diğer π-konjuge polimerlerin -tipi dopingi. Taylor’a göre araştırmacılar, güneş pilleri için kullanılan tipik organik yarı iletkenlerin sınırlarını zorlamak istiyorlar.
Çeşitli π-konjuge organik moleküllere CO2 katkısının geniş bir şekilde uygulanabilirliğinin, organik güneş pillerinden organik ışık yayan diyotlara (OLED’ler) ve organik alan etkili transistörlere (OFET’ler) kadar, hatta tümü kontrollü doping gerektiren termoelektrik cihazlara kadar uzanan araştırmaları teşvik ettiğine inanıyoruz. Taylor, bu sürecin oldukça fazla miktarda CO2 gazı tükettiğinden, gelecekte CO2 yakalama ve ayırma çalışmaları için de değerlendirilebileceğini sözlerine ekledi.
“Hükümetlerin ve şirketlerin artık karbondan arındırmak olmasa da CO2 emisyonlarını azaltmaya çalıştığı bir zamanda, bu araştırma, yeni nesil güneş pillerini iyileştirmek için lityum karbonattaki büyük miktarlarda CO2’yi reaksiyona sokmak için bir yol sunarken, bu sera gazını da ortadan kaldırıyor. atmosfer,” diye açıkladı ve bu yeni yaklaşım fikrinin, ekibin batarya araştırmasından elde edilen sezgilere aykırı bir fikir olduğunu da sözlerine ekledi.
“Lityum oksijen/hava pilleriyle çalışma konusundaki uzun geçmişimizden, oksijen elektrotlarının havaya maruz kalmasıyla lityum karbonat oluşumunun büyük bir zorluk olduğunu biliyoruz çünkü pilin lityum iyonlarını tüketerek pil kapasitesini yok ediyor. Bu spiro doping reaksiyonunda, ancak, biz aslında lityumu bağlayan ve perovskite güneş pilinin uzun vadeli kararlılığına zararlı mobil iyonlar olmasını engelleyen lityum karbonat oluşumundan yararlanıyoruz.Bu CO2 doping tekniğinin mevcut zorlukların üstesinden gelmek için bir basamak taşı olabileceğini umuyoruz. organik elektronik ve ötesi.”
Katkı maddesi içermeyen, neme karşı dayanıklı organik katmanlar, perovskit güneş pillerine %21 verimlilik sağlar Daha fazla bilgi: Kong, J. et al. Perovskite güneş pilleri için organik ara katmanların CO2 katkısı. Doğa (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03518-y NYU Tandon School of Engineering tarafından sağlanmıştır
Alıntı: Düşük maliyetli güneş pillerinin üretimindeki büyük ilerleme aynı zamanda sera gazlarını da kilitliyor (2021, 2 Haziran) 2 Haziran 2021’de https://techxplore.com/news/2021-06-major-advance-fabrication-low- adresinden alındı. maliyet-solar.html
Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir kısmı çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı verilmiştir.